JP2023540108A - フルオロポリマー及び液晶ポリマーブレンド - Google Patents
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Abstract
【課題】フルオロポリマー及び液晶ポリマーのポリマーブレンドを提供する。【解決手段】上記ブレンドは、フッ素含有モノマー及び液晶モノマーを含むコポリマーを含む相容化剤組成物を用いて得られる。【選択図】なし
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2020年9月4日付で出願された米国特許仮出願第63/074,631号の利益を主張するものであり、その全文が参照により本出願に援用される。
本出願は、2020年9月4日付で出願された米国特許仮出願第63/074,631号の利益を主張するものであり、その全文が参照により本出願に援用される。
本開示は概して、ポリマーブレンド、ポリマーブレンドを生成する方法、ポリマーブレンドを使用する方法、ポリマーブレンドと併用するための相容化剤組成物、及びポリマーブレンドから製造される物品に関する。
プリント回路基板(PCB)は多くの電子部品を一体化した部材である。PCBは、導電経路で電気部品を物理的に支持しかつ電気部品を接続しており、導電経路は銅のシート層からエッチングしたものであって、非導電基板のシート層の上及び/又はその間に積層されている。PCBは、リジッドであっても、フレキシブルであっても、リジッドフレキシブルであってもよく、それぞれ熱可塑性又は熱硬化性ポリマー材料で形成された複数の積層体を有する。PCBの積層体に使用される材料は、その誘電率(Dk)及び誘電正接(Df)の値で分類されることが多い。最も高性能な材料はDk及びDfが最も低い。
Dk値及びDf値が低いことは、自動運転及び第5世代無線通信(5G)デバイス(例えば、無線周波数部材、パワーアンプ、及びアンテナ)等、様々なエマージング・マーケットで使用される高速デジタル・高周波数PCBにおいて有用な性質である。誘電正接(Df)が低い熱可塑性積層体を高周波数PCBで使用すると高出力用途に適用でき、信号品質を劣化させてしまうような熱生成エネルギーの損失を低減できる。また、誘電率(Dk)が低い積層体は、高速デジタルPCBで高速な信号伝播を達成するのに重要である。
一般に、フルオロポリマー(FP)は耐熱性、耐薬品性、及び非粘着性に優れる。フルオロポリマーは優れた化学的性質を示すが、高性能PCB用途で使用される液晶ポリマー(LCP)及びポリイミド(PI)等の特殊材料と比較すると、機械的性質が比較的弱い。また、フルオロポリマーは表面エネルギーが低く熱膨張率(CTE)が高いため、これらの材料をPCB積層体に組み込むのは困難であった。
FPと他のポリマーとの相容性が低いことから、これらをブレンドしようとしても構造の一体性に劣る混合物しか得られなかった。従って、当該分野では、高速・高周波数PCB積層体等で使用できる、機械的性質が向上したフッ素含有ポリマー組成物が依然として求められていた。
本開示は、LCP又はFPより優れた性質によって上記課題に対応するLCPとFPとのブレンドを記載する。また、このようなブレンドで使用する相容化剤組成物を記載する。LCP/FPブレンドのいくつかの実施形態では、液晶ポリマーに対して機械的性質が大きく向上し、熱膨張率が大きく低減した一方、熱的性質は保持し、電気的性質(特に誘電率及び誘電正接)が向上した熱可塑性アロイを形成する。
第1の態様において、フッ素含有モノマー及び液晶モノマーを含むコポリマーを提供する。
第2の態様において、フッ素含有モノマー及び液晶モノマーのコポリマーを含む相容化剤組成物を提供する。
第3の態様において、フルオロポリマー、液晶ポリマー、及び相容化剤組成物を含むポリマーブレンドであって、前記相容化剤組成物はフッ素化又は非フッ素化モノマー及び液晶モノマーを含むコポリマーを含むポリマーブレンドを提供する。
第4の態様において、相容化剤組成物を生成するプロセスであって、フルオロポリマーを官能基化フッ素化分子及び液晶モノマーと混合してコポリマーを生成する工程、及び完全フッ素化フルオロポリマー、フッ素化分子、及び液晶モノマーを押出機内で混合して相容化剤組成物を生成する工程を有するプロセスを提供する。
第5の態様において、相容化剤組成物を生成するプロセスであって、非フッ素化ポリマーを液晶モノマーと混合してコポリマーを生成する工程、及び上記コポリマーの成分を押出機内で混合して相容化剤組成物を生成する工程を有するプロセスを提供する。
第6の態様において、液晶ポリマー(LCP)とフルオロポリマー(FP)との相容化ブレンドを生成するプロセスであって、上記LCP及び上記FPを、フッ素含有分子と液晶モノマーとのコポリマーを含む相容化剤組成物と化合させる工程を有するプロセスを提供する。
第7の態様において、完全フッ素化フルオロポリマーをフッ素化分子、及び液晶モノマーと混合してコポリマーを生成する工程、及びコポリマーブレンドを押出機内で混合して相容化剤組成物を生成する工程を有するプロセスの生成物である相容化剤組成物を提供する。
第8の態様において、非フッ素化フルオロポリマーを液晶モノマーと混合してコポリマーを生成する工程、及び上記コポリマーの成分を押出機内で混合して相容化剤組成物を生成する工程を有するプロセスの生成物である相容化剤組成物を提供する。
第9の態様において、液晶ポリマー(LCP)とフルオロポリマー(FP)との相容化ブレンドであって、上記LCP及び上記FPを、フッ素含有分子と液晶モノマーとのコポリマーを含む相容化剤組成物と化合させる工程を有するプロセスの生成物である相容化ブレンドを提供する。
第10の態様において、上記組成物のいずれかを含む製品を提供する。
上記は、特許請求した主題のいくつかの態様の基本事項を提供するために示した簡便な要約である。本要約は包括的な概略ではない。主要な又は重要な要素を特定したり、あるいは特許請求した主題の範囲を正確に示すことを意図したものではない。後述する詳細な説明への導入として、いくつかの概念を簡略化した形で示すことを唯一の目的とする。
A.定義
特に定義されない限り、本明細書中で使用される用語(技術用語及び科学用語を含む)はいずれも、本開示の分野における当業者が通常理解するのと同じ意味を有する。更に、通常使用される辞書で定義される用語等は、明細書の文脈における意味と一致する意味を有するものとして解釈されるべきであり、明細書中で明示的に定義されない限り、理想化された意味や過度に形式張った意味で解釈されるべきではないことを理解されたい。簡潔かつ明確にするため、よく知られた機能や構成は詳述していない。
「約」及び「およそ」という語は、一般に、測定の性質又は精度を考慮した上で、測定した数量について許容される誤差や変動の程度を意味する。典型的な誤差又は変動の程度としては、例えば、所定の数値や数値範囲の20パーセント(%)以内、好ましくは10%以内、より好ましくは5%以内、更に好ましくは1%以内である。特に言及されない限り、本明細書中で与えられた数量は近似値である。すなわち、明示されていない場合、「約」又は「およそ」という語が推定される。
本明細書中で使用される専門用語は、具体的な実施形態を説明することのみを目的としており、限定することを意図したものではない。本明細書中、単数形の「a」、「an」、及び「the」は、文脈で明確に提示されない限り、複数形(すなわち、「少なくとも1つ(at least one)」)も包含することを意図している。
本明細書中、「第1」及び「第2」等の語は、さまざまな特徴又は要素を説明するために用いられるが、これらの特徴又は要素はこれらの用語によって限定されるべきものではない。これらの用語は、ある特徴又は要素を別の特徴又は要素と区別するためだけに使用される。したがって、本開示の教示から逸脱することなく、後述する第1の特徴又は要素を第2の特徴又は要素と呼ぶことができるし、同様に、後述する第2の特徴又は要素を第1の特徴又は要素と呼ぶこともできる。
「A及びBの少なくとも一方」といった語は、「Aのみ、Bのみ、又はA及びBの両方」を意味するものと理解されたい。より長いリスト(例えば、「A、B、及びCの少なくとも1つ」)についても同じ解釈が適用される。
「から本質的に構成されている」という語は、特許請求の対象が、記載された要素に加えて、本開示で記載したような意図された目的に対する特許請求の対象の実用可能性に悪影響を与えない他の要素(工程、構造、成分、部材等)を含んでいてもよいことを意味する。本用語は、そのような他の要素が他の何らかの目的に対して特許請求の対象の運用性を向上させ得るものであったとしても、本開示で記載したような意図された目的に対する特許請求の対象の運用性に悪影響を与えるようなものであれば当該他の要素を除外するものである。
いくつかの箇所で、これらに限定はされないが測定方法等の標準的な方法を参照している。このような標準は時々改定されるものであり、明示的に記載されない限り、本開示におけるこのような標準への参照は、出願時点の直近で発行された標準を参照するものと解釈されることを理解されたい。
本発明の開示した実施形態における所定の要素は、単一の構造、単一の工程、又は単一の物質等において実施できることが理解できるであろう。同様に、開示した実施形態における所定の要素は、複数の構造、工程、又は物質等で実施できる。
B.反応性ポリマー相容化剤コポリマー
FPとLCPとのブレンドを生成しやすくするコポリマーを説明する。このようなコポリマーは反応性ポリマー相容化剤(RPC)ともいう。RPCは少なくとも2種のモノマーを含む。いくつかの実施形態において、これらのモノマーは、フッ素化分子及び非フッ素化モノマーという異なる種類のモノマーで構成されている。
いくつかの実施形態において、RPCは官能基化フルオロポリマーと非フッ素化モノマーとを押出機内で混合して生成できる。官能基はRPCコポリマーを重合しやすくする。通常、官能基は酸素及び/又は窒素を有する部分である。重合を促進するのに有用な官能基としては、カルボキシル、ヒドロキシ、エポキシ、アミン、カルボキシルエステル、エステル、及びCOF等が挙げられる。
官能基化フルオロポリマーは複数の官能基化モノマーを含む。所定の官能基化モノマーは2つ以上の官能基を有していてもよく、それらは同じであっても異なっていてもよい。例えば、モノマーは2つのカルボキシル部分を含んでいてもよい。RPCコポリマーの更に別の実施形態において、フッ素含有モノマーは、カルボキシル及びヒドロキシ、カルボキシル及びエポキシ、カルボキシル及びアミン、カルボキシル及びカルボキシルエステル、カルボキシル及びエステル、並びにカルボキシル及びCOFを含んでいてもよい。RPCコポリマーの更に別の実施形態において、フッ素含有モノマーは、ヒドロキシ及びエポキシ、ヒドロキシ及びアミン、ヒドロキシ及びカルボキシルエステル、ヒドロキシ及びエステル、並びにヒドロキシ及びCOFを含んでいてもよい。RPCコポリマーの更に別の実施形態において、フッ素含有モノマーは、エポキシ及びアミン、エポキシ及びカルボキシルエステル、エポキシ及びエステル、並びにエポキシ及びCOFを含んでいてもよい。RPCコポリマーの更に別の実施形態において、フッ素含有モノマーは、アミン及びカルボキシルエステル、アミン及びエステル、並びにアミン及びCOFを含んでいてもよい。RPCコポリマーの更に別の実施形態において、フッ素含有モノマーは、カルボキシルエステル及びエステル、並びにカルボキシルエステル及びCOFを含んでいてもよい。RPCコポリマーの更に別の実施形態において、フッ素含有モノマーは、エステル及びCOFを含んでいてもよい。好ましい一実施形態において、フッ素含有モノマーは2つの官能基を有する。フッ素含有モノマーの更に別の実施形態は1~6個の官能基を有していてもよい。フッ素含有モノマーの具体的な実施形態は1、2、3、4、5、又は6個の官能基を有している。
いくつかの実施形態において、フッ素含有分子は、1つ又は複数の官能基を除いて完全にフッ素化している(すなわち、フッ素及び炭素で構成されている)。フッ素含有モノマーのいくつかの実施形態は、当該官能基を除いて、フッ素で飽和した炭素で構成されている。他の実施形態では、1つ又は複数の二重結合又は三重結合が存在していてもよい。好適なフルオロポリマー分子の具体例としては、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)、官能基化FEP、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、官能基化PFA、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、官能基化テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、エチレン-テトラフルオロエチレン(ETFE)、官能基化ETFE、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、及び官能基化PCTFE等が挙げられる。一実施形態において、フッ素化分子は以下に示す構造等のジカルボキシFEPである。
式中、m及びnは少なくとも1である。別の実施形態において、フッ素化分子は、以下に示す構造等のジカルボキシテトラエチレン-パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)コポリマーである。
式中、m及びnは少なくとも1である。
いくつかの実施形態において、非フッ素化モノマーは液晶ポリマーのモノマーである。このとき、液晶ポリマーのモノマーは、当該分野で知られている任意の液晶ポリマーの任意のモノマーであってもよいし、少なくとも2つの官能基を有する芳香族化合物であってもよい。芳香族化合物は、単環芳香族化合物であっても多環芳香族化合物であってもよい。非フッ素化モノマーの具体的な実施形態は、単環芳香族化合物又は二環芳香族化合物である。以下に好適な液晶モノマーの例を示すが、これらに限定されない。
液晶モノマーの更に別の実施形態において、モノマーは、ポリパラフェニレンテレフタルアミド(KEVLAR(登録商標))等の具体的なLCPのモノマーである。液晶モノマーがKEVLAR(登録商標)のモノマーである実施形態において、RPCコポリマーは、1,4-フェニレン-ジアミン(パラ-フェニレンジアミン)及びテレフタロイルクロリドというモノマーの一方又は両方を含んでいてもよい。コポリマーの別の実施形態は、以下の構造を有する芳香族ポリエステルLCPであるVECTRANのモノマーを含んでいてもよい。
式中、x及びyは少なくとも1である。このような実施形態において、RPCコポリマーは、4-ヒドロキシ安息香酸及び6-ヒドロキシナフタレン-2-カルボン酸というモノマーの一方又は両方を含んでいてもよい。上記した非フッ素化モノマーは、任意の組み合わせで存在できる。RPCコポリマーは、複数種の非フッ素化モノマー又はLCPモノマーを含んでいてもよい。コポリマーの各種実施形態は、1~12種の非フッ素化モノマー又はLCPモノマーを含んでいてもよい。RPCコポリマーの具体的な実施形態は、1種の非フッ素化モノマー又は2種のフッ素化モノマーを含んでいる。いくつかの実施形態において、RPCコポリマーは、LCP/FPブレンド中のLCPと同じ種類の液晶モノマーを含んでいる。
更に別の実施形態において、RPCコポリマーは、フッ素化分子、非フッ素化モノマー、及び結合分子という3種の分子を含んでいる。結合分子はその分子柔軟性で選択される。結合分子は、脂肪族鎖又はエーテル官能基を含むことで分子柔軟性を有していてもよい。いくつかの実施形態において、結合分子はポリマーゴムに由来する。いくつかの実施形態において、結合分子は、アミン、カルボン酸、エステル、又は無水物等の反応性官能基を含んでいる。いくつかの実施形態において、結合分子は、少なくとも2つの反応性官能基を含んでいる。RPCコポリマーのいくつかの実施形態において、非フッ素化モノマーは、本明細書中で記載したLCPモノマー種から選択してもよい。
いくつかの実施形態において、RPCコポリマーは非フッ素化部分のみを含む。これらの実施形態において、コポリマー中には2種、3種、又はそれ以上の種類の非フッ素化分子が存在する。開示した実施形態において、これらの種類のモノマーのうち1つは上で記載したLCPモノマーである。いくつかの実施形態では、分子柔軟性を有する結合部分を含む分子を使用してもよい。いくつかの実施形態では、非フッ素化モノマーを官能基化して、アミン、無水物、カルボン酸、又はヒドロキシ等の反応性官能基をポリマーに付加している。いくつかの実施形態において、非フッ素化ポリマー上の官能基は、柔軟な結合分子上にある官能基と容易に反応するよう選択される。
RPCコポリマーのいくつかの実施形態において、フッ素含有分子は、非フッ素化分子と比較して所定の質量比で存在することになる。例えば、フッ素含有分子が非フッ素化分子と同じ質量濃度で存在する場合、非フッ素化分子に対するフッ素含有分子の比は1:1である。コポリマーのいくつかの実施形態では、非フッ素化分子に対するフッ素含有分子の比が1:10~10:1である。RPCコポリマーの更に別の実施形態だと、上記比は1:10~3:1、1:10~1:1、1:10~1:3、1:3~1:1、1:3~3:1、1:3~10:1、1:1~3:1、1:1~10:1、又は3:1~10:1である。RPCコポリマーの具体的な実施形態だと、非フッ素化分子に対するフッ素含有分子の比は1:10、1:3、1:1、3:1、及び10:1である。ここで、「フッ素含有分子」は、コポリマーのフッ素含有分子部を共に構成する複数種のフッ素含有分子を指すことができる。同様に、ここでの「非フッ素化分子」は、コポリマーの非フッ素化分子部を共に構成する複数種の非フッ素化分子を指すことができる。
C.相容化剤組成物
LCP及びFPを相容化するのに有用な相容化剤組成物を説明する。この組成物は、上記したRPCコポリマーを含む。
好ましい一実施形態において、相容化剤組成物は、所定量のフルオロポリマーを含む相容化剤ブレンドである。フルオロポリマーは、(以下で詳述する)最終的なFP/LCPブレンド中におけるフルオロポリマーの特性に基づいて選択できる。相容化剤ブレンドのいくつかの実施形態において、フルオロポリマーは最終的なFP/LCPブレンド中のフルオロポリマーと同じ化合物である。相容化剤ブレンド中のフルオロポリマーは、部分的にフッ素化していても完全にフッ素化していてもよい。好ましい一実施形態では完全にフッ素化している。いくつかのそのような実施形態において、相容化剤ブレンド中のフルオロポリマーは、官能基を有していないことで、RPCコポリマーの生成中に重合反応に関与しないようになっている。ここで、「官能基」とは、RPCコポリマーのフッ素化分子に関して上記したのと同じ部分をいう。相容化剤ブレンドにおける好適な非官能基化フルオロポリマーの具体例としては、FEP、PFA、ETFE、PTFE、PVF、PVDF、PCTFE、ECTFE、FFPM/FFKM、FPM/FKM、FEPM、PFPE、PFSA、及びこれらの2種以上の組み合わせが挙げられる。具体的な一実施形態において、非官能基化フルオロポリマーはFEPである。更に具体的な一実施形態において、非官能基化フルオロポリマーはPFAである。
小分子相容化剤を相容化剤組成物に添加してもよいが、LCP/FPブレンドのいくつかの実施形態では、相容化剤組成物を調製してから小分子相容化剤をブレンドに添加することになる。各種の小分子相容化剤を使用でき、例えば、ビス(オキサゾリン)化合物、カルボニルジイミダゾール化合物、及びエポキシ化合物等が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい一実施形態において、小分子相容化剤は1,1’-カルボニルジイミダゾールである。別の好ましい一実施形態において、小分子相容化剤は1,3-フェニレン-ビス-オキサゾリンである。他の好適な小分子相容化剤を以下に示す。
小分子相容化剤は様々な濃度で存在できる。モノマー、フルオロポリマー、RPC相容化剤、及び小分子相容化剤の質量パーセントとして測定した場合、小分子相容化剤は、FP/LCPブレンド中に0.01~5.0%、0.02~4.5%、0.03~4.0%、0.05~3.5%、0.07~3.0%、0.1~2.5%、0.3~2.0%、0.5~1.5%、0.8~1.2%、及び1%で存在できる。
相容化剤組成物は様々な手法で調製できる。相容化剤組成物の生成方法であって、完全フッ素化フルオロポリマーを、反応基を有するフッ素化分子及び液晶モノマーと混合してRPCコポリマーを生成する工程、及び当該コポリマーを押出機中で混合して相容化剤組成物を生成する工程を有する方法を説明する。フッ素化モノマーと液晶モノマーとの重合は、このようなプロセスの押出し中に発生する。RPCコポリマーのいくつかの実施形態は、後で使用するために保存しておくのに好適であるが、上記プロセスのいくつかの実施形態において、RPCコポリマーブレンドは、生成直後にLCP及びFPの混合物へ添加する。
RPCコポリマーは、1種以上の官能基化フッ素化モノマー及び1種以上のLCPモノマーを含んでいてもよい。これらは、LCP/FP RPCへ組み込むのに好適なものとして上記したモノマー又は分子であってもよい。いくつかの実施形態において、これらのモノマー又は分子は、RPCコポリマーで上記した相対量で存在していてもよい。
D.ポリマーブレンド
上記したRPCコポリマー及び相容化剤のいくつかの実施形態は、LCPとFPとの相容化ブレンドにおいて有用である。こうして生成したポリマーブレンドの多くは、(純粋FPと同様の)良好な耐薬品性と併せて、(純粋LCPと同様の)良好な機械的性質を有する。ブレンドで使用できる各種FPとしては、FEP、PFA、ETFE、PTFE、PVF、PVDF、PCTFE、ECTFE、FFPM/FFKM、FPM/FKM、FEPM、PFPE、PFSA、及びこれらの2種以上の組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。具体的な一実施形態において、FPはFEPである。更に具体的な一実施形態において、FPはPFAである。ブレンドで使用できる各種LCPとしては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド(KEVLAR(登録商標))及びLCP VECTRANが挙げられる。更に好適なLCPは、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸、4-ヒドロキシ安息香酸、アミノ安息香酸、アミノフェノール、テレフタル酸、及びイソテレフタル酸のポリマーであってもよい。更に好適なLCPは、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸、4-ヒドロキシ安息香酸、アミノ安息香酸、アミノフェノール、テレフタル酸、及びイソテレフタル酸の1種以上のコポリマーであってもよい。LCP又はFPは、ランダムコポリマー、ホモポリマー、ブロックコポリマー、交互コポリマー、及びグラフトコポリマーから独立に選択できる。具体的な一実施形態において、LCPは6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸と4-ヒドロキシ安息香酸とのコポリマーである。
下記の実施例で説明する通り、FPをLCPに対して様々な相対的割合で使用することで、好適な性質が得られる。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態では、LCPに対するFPの比が質量比で25:75以下である。ポリマーブレンドの別の実施形態では、FP:LCP比が質量比で20:80以下である。ポリマーブレンドの別の実施形態では、FP:LCP比が質量比で15:85以下である。ポリマーブレンドの別の実施形態では、FP:LCP比が質量比で10:90以下である。ポリマーブレンドの更に別の実施形態では、FP:LCP比が質量比で5:95以下である。ポリマーブレンドの更に別の実施形態では、FP:LCP比が1:20~1:4である。ポリマーブレンドの更に別の実施形態では、FP:LCP比が1:10~1:5である。ポリマーブレンドの更に別の実施形態では、FP:LCP比が1:10~1:5である。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態では、LCPに対するFPの比が質量比で75:25以下である。ポリマーブレンドの別の実施形態では、FP:LCP比が質量比で80:20以下である。ポリマーブレンドの別の実施形態では、FP:LCP比が質量比で85:15以下である。ポリマーブレンドの別の実施形態では、FP:LCP比が質量比で90:10以下である。ポリマーブレンドの更に別の実施形態では、FP:LCP比が質量比で5:95以下である。ポリマーブレンドの更に別の実施形態では、FP:LCP比が20:1~4:1である。ポリマーブレンドの更に別の実施形態では、FP:LCP比が10:1~5:1である。
ポリマーブレンドは上記したいずれかのRPCコポリマーを含んでいてもよい。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態において、RPCコポリマーは相容化剤組成物の一部である。相容化剤組成物は、上記したいずれかであってもよい。相容化剤は、ポリマーブレンド中でLCPをFPと相容化させるのに効果的な量で存在していてもよい。例えば、相容化剤はポリマーブレンドの30質量%以下で存在していてもよい。別の例において、相容化剤はポリマーブレンドの20質量%以下で存在していてもよい。別の例において、相容化剤はポリマーブレンドの15質量%以下で存在していてもよい。いくつかの実施形態において、相容化剤はポリマーブレンドの1~30質量%で存在していてもよい。いくつかの実施形態において、相容化剤はポリマーブレンドの2.5~25質量%で存在していてもよい。いくつかの実施形態において、相容化剤はポリマーブレンドの5~15質量%で存在していてもよい。
下記の実施例で部分的に記載する通り、ポリマーブレンドは様々な物理的特性を示す。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は連続相を示し、フィブリル化の形態は示さない。ポリマーブレンドのいくつかの好ましい実施形態はヤング率が高い。ポリマーブレンドの実施形態は、ヤング率が少なくとも220、400、500、600、700、又は900MPaであってもよい。ポリマーブレンドの好ましい実施形態のヤング率は、ポリマーブレンド中の1種以上のフルオロポリマーの純粋組成物よりも高い。ポリマーブレンドの具体的な好ましい実施形態のヤング率は、ポリマーブレンド中の1種以上のフルオロポリマーの純粋組成物の少なくとも200%である。
下記の実施例で部分的に記載する通り、ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は良好な最大引張強度を示す。ポリマーブレンドの実施形態は、引張強度が少なくとも20、30、35、38、又は40MPaであってもよい。好ましい一実施形態において、ポリマーブレンドの最大引張強度は、フルオロポリマーの純粋組成物より大きい。
ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は高い伸び(破断伸び%)を示す。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、伸びが少なくとも3%である。ポリマーブレンドの別の実施形態は、伸びが少なくとも5%である。ポリマーブレンドの別の実施形態は、伸びが少なくとも8%である。ポリマーブレンドの別の実施形態は、伸びが少なくとも70%である。ポリマーブレンドの別の実施形態は、伸びが少なくとも74%である。好ましい一実施形態において、ポリマーブレンドの伸びは、フルオロポリマーの純粋組成物と少なくとも同じである。
ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は低い熱膨張率(CTE)を示す。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、約80℃におけるCTEが180、100、97、又は95ppm/℃以下である。好ましい一実施形態において、ポリマーブレンドの80℃におけるCTEは、ポリマーブレンド中の少なくとも1種のフルオロポリマーの純粋組成物より低い。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、約100℃におけるCTEが200、195、又は95ppm/℃以下である。好ましい一実施形態において、ポリマーブレンドの約100℃におけるCTEは、ポリマーブレンド中の少なくとも1種のフルオロポリマーの純粋組成物より低い。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、120℃におけるCTEが約200又は150ppm/℃以下である。好ましい一実施形態において、ポリマーブレンドの約120℃におけるCTEは、ポリマーブレンド中の少なくとも1種のフルオロポリマーの純粋組成物より低い。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、180℃におけるCTEが200ppm/℃以下である。好ましい一実施形態において、ポリマーブレンドの約180℃におけるCTEは、ポリマーブレンド中の少なくとも1種のフルオロポリマーの純粋組成物より低い。具体的な好ましい一実施形態において、ポリマーブレンドの80、100、120、150、及び180℃における熱膨張率は、ポリマーブレンド中の少なくとも1種のフルオロポリマーの純粋組成物より低い。別の具体的な一実施形態において、ポリマーブレンドはヤング率が少なくとも500MPaであり、破断伸びが少なくとも70%であり、約100℃における熱膨張率が100ppm/℃である。
ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は高い5%重量損失温度を示す。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、N2中5%重量損失温度が480℃より高い。ポリマーブレンドの好ましい一実施形態のN2中5%重量損失温度は、ブレンド中の少なくとも1種のフルオロポリマーの純粋組成物と同じかそれより低い。
ポリマーブレンドの実施形態は低いガラス転移点を示す。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、ガラス転移点が100℃未満である。ポリマーブレンドの好ましい一実施形態のガラス転移点は、ポリマーブレンド中の少なくとも1種のフルオロポリマーの純粋組成物と同じである。
ポリマーブレンドの実施形態は良好な曲げ荷重特性を示す。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態の最大曲げ荷重における曲げ応力は、ブレンド中の少なくとも1種のフルオロポリマーの純粋組成物と略同じである。ポリマーブレンドの別の実施形態は、曲げ弾性率が600MPaより高い。ポリマーブレンドの別の実施形態は、曲げ弾性率が1000MPaより高い。ポリマーブレンドの別の実施形態の曲げ弾性率は、ブレンド中の少なくとも1種の純粋フルオロポリマーに対して少なくとも120%である。ポリマーブレンドの更に別の実施形態の曲げ弾性率は、ブレンド中の少なくとも1種の純粋フルオロポリマーに対して少なくとも200%である。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態の曲げ弾性率は、ブレンド中の少なくとも1種の純粋フルオロポリマーに対して少なくとも800%、少なくとも1000%、少なくとも1200%、又は少なくとも1400%である。
ポリマーブレンドの実施形態を観察したところ、電子部品用途で使用するのに特に好適な誘電性を有していた。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、10GHzにおける誘電率が2~3である。ポリマーブレンドの別の実施形態は、10GHzにおける誘電率が約2.1である。ポリマーブレンドの実施形態を観察したところ、誘電損失も低かった。ポリマーブレンドのいくつかの実施形態は、10GHzにおける誘電損失が0.0050未満であってもよい。ポリマーブレンドの別の実施形態は、10GHzにおける誘電損失が0.0003~0.0050であってもよい。ポリマーブレンドの更に別の実施形態は、10GHzにおける誘電損失が0.0010であってもよい。ポリマーブレンドの好ましい一実施形態の10GHzにおける誘電損失は、ブレンド中の少なくとも1種のLCPの純粋組成物より低い。ポリマーブレンドの別の好ましい一実施形態の10GHzにおける誘電損失は、ブレンド中の少なくとも1種のLCPの純粋組成物の20%である。
ポリマーブレンドの各種実施形態を用いて、多くの種類の製造品を製造できる。このような物品としては、ポリマーブレンドを含む押出し繊維が挙げられる。このような押出し繊維の実施形態は、ポリマーブレンドを50質量%超、少なくとも75質量%、少なくとも80質量%、少なくとも85質量%、少なくとも90質量%、少なくとも95質量%、少なくとも96質量%、少なくとも97質量%、少なくとも98質量%、少なくとも99質量%、又は100質量%含んでいてもよい。また、ポリマーの用途として薄膜も見出された。このような薄膜の実施形態は、ポリマーブレンドを50質量%超、少なくとも75質量%、少なくとも80質量%、少なくとも85質量%、少なくとも90質量%、少なくとも95質量%、少なくとも96質量%、少なくとも97質量%、少なくとも98質量%、少なくとも99質量%、又は100質量%含んでいてもよい。別の製造品としては、通信ケーブル用絶縁材、プリント回路基板、テープ、自動車用ツイストペア高速ケーブル、高温キャパシタ用薄膜、ダウンホール石油・ガス掘削用コーティング、3Dプリント製品用繊維、織布又は不織布ろ過基材用単繊維又は多繊維、プロトン交換膜及びプリント回路基板、プリント回路基板用の1~1000ミクロン薄膜基板、ダウンホールケーブル用の電線及びケーブル、電気絶縁用テープ被覆材、テープ用無機フィラー(水酸化アルミニウム、セラミックガラス、SiO2、フルオロシリケートガラス)、熱伝導添加剤、電線及びケーブル用発泡材、これらのいずれかを有する自動車、これらのいずれかを有する電気自動車、並びにこれらのいずれかを有する飛行機が挙げられる。
1.実施例1:FEP/LCP反応性ポリマー相容化剤の調製
本実施例1で記載するFEP/LCP RPCを作製するため、完全フッ素化FEP、カルボキシル化FEP、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸、及び4-ヒドロキシ安息香酸を1つの袋に全て加えて均一に混合した。RPCで使用した各物質の量を表1に示す。LCPモノマーである6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸の両方を1:1モル当量で添加し、いずれの配合でも総量は5質量%であった。サンプル2~5中、カルボキシル化FEPはサンプル毎に10~75質量%で変化させた。
本実施例1で記載するFEP/LCP RPCを作製するため、完全フッ素化FEP、カルボキシル化FEP、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸、及び4-ヒドロキシ安息香酸を1つの袋に全て加えて均一に混合した。RPCで使用した各物質の量を表1に示す。LCPモノマーである6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸の両方を1:1モル当量で添加し、いずれの配合でも総量は5質量%であった。サンプル2~5中、カルボキシル化FEPはサンプル毎に10~75質量%で変化させた。
サンプルを完全に混合したら、混合物を4.0~6.0kg/hrで二軸押出機(Leistritz社製 ZSE 18 HP)に供給した。サンプル1の場合、ゾーン1~8を310℃~340℃に加熱した。サンプル2~5の場合、ゾーン1~8を300℃~310℃に加熱して、熱による劣化を抑制した。スクリュー速度は250rpmの一定に保持した。いずれのRPCサンプルも茶色のペレットとして得られた。
図1は、FEP/LCP RPCを製造するスキームの一例を表す。図1に表す通り、FEP/LCP RPCは二軸押出機内での重縮合により調製される。段階成長重縮合は押出機の熱で進行し、完全フッ素化FEP及び/又はカルボキシル化FEPから生成されたHFはルイス酸として作用して反応を進行させる。芳香族モノマーである6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸は、完全フッ素化FEPとLCPとの界面張力を低減させるのに有効である。6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸がA-B型官能性モノマーであることから、いずれのモノマーもサンプル分子構造の他の分子又は他のモノマーと重合できる。対応するランダムコポリマー、モノマー、及びオリゴマーが、カルボキシル化FEPの末端基とのみ反応して、AB又はABA型ランダムブロックコポリマーを生成できる。
FEP/LCP RPCの全てのサンプルを押し出したら、走査型電子顕微鏡(SEM)でサンプル1(Oligo-LCP1)及びサンプル5(75%EG-Oligo-LCP5)の形態を比較した。これら2つのサンプルは、カルボキシル化FEPの含有量が異なることから比較対象として選択した。SEM画像はJoel JSM-6010Plus SEMで得た。サンプルの断面を用意し、作動距離10mm及び5kVで画像化した。いずれの画像も1.0k~2.0kで撮影した。
図2は、サンプル1(Oligo-LCP1)を1500倍で撮影したSEM画像である。図2の画像からフィブリル形態が存在することが分かる。図3は、サンプル5(75%EG-Oligo-LCP5)を2000倍で撮影したSEM画像である。図3の画像から、サンプル全体に連続層があり、フィブリル化形態は存在しないことが分かる。これは、サンプル5(75%EG-Oligo-LCP5)がAB及びABA連続ブロックコポリマーであることを示している。
2.実施例2:FEP/LCP相容化ブレンドの調製
FEP/LCP RPCサンプルを作製したあと、二軸押出機内でブロックコポリマーをVectra LCP A950、75%EG-Oligo-LCP5、完全フッ素化FEP、及び1,1’-カルボニルジイミダゾール(CDI)とブレンドした。各種サンプルで使用した各成分の量を以下の表2に示す。
FEP/LCP RPCサンプルを作製したあと、二軸押出機内でブロックコポリマーをVectra LCP A950、75%EG-Oligo-LCP5、完全フッ素化FEP、及び1,1’-カルボニルジイミダゾール(CDI)とブレンドした。各種サンプルで使用した各成分の量を以下の表2に示す。
いずれのサンプルでも、75%EG-Oligo-LCP4成分は、Vectra LCP A950と完全フッ素化FEPとの界面張力を低減し、かつVectra LCP A950と完全フッ素化FEPとの分子接着を増大させることで相容化剤として作用し、均質なブレンドを生成した。ブロックコポリマーを用いてVectra LCP A950と完全フッ素化FEPとの相溶性が増大することに加え、これらの配合ではCDIを反応性相容化剤として採用した。アルコール末端基と反応して新たなエステル結合を形成できるとともに、カルボン酸末端基と反応して新たな無水結合を形成できるからである。
3.実施例3:FEP/LCP相容化ブレンドの機械的性質及び熱的性質
サンプル6~9及びTPL4000(上記表2)の機械的性質及び熱的性質を試験し、完全フッ素化FEP及びVectra LCP A950と比較した。サンプルを住友社製SE75DU射出成形機に自重供給した。供給ゾーンを49℃で保持した。ゾーン1~5を304℃~327℃に加熱した。充填時間は5.00秒とし、充填圧力は10.00kpsiとした。スクリューは、0.2インチ/秒の速度で0.3インチ引き戻した。サンプルを引張試験用のASTM D638 V型、動的機械分析(DMA)用のASTM D790曲げバー、及び熱機械分析(TMA)試験用の61mm×61mmプレートに成形した。
サンプル6~9及びTPL4000(上記表2)の機械的性質及び熱的性質を試験し、完全フッ素化FEP及びVectra LCP A950と比較した。サンプルを住友社製SE75DU射出成形機に自重供給した。供給ゾーンを49℃で保持した。ゾーン1~5を304℃~327℃に加熱した。充填時間は5.00秒とし、充填圧力は10.00kpsiとした。スクリューは、0.2インチ/秒の速度で0.3インチ引き戻した。サンプルを引張試験用のASTM D638 V型、動的機械分析(DMA)用のASTM D790曲げバー、及び熱機械分析(TMA)試験用の61mm×61mmプレートに成形した。
引張試験は、ASTM D638に従い、V型引張りバー及びInstron社製3365式装置を用いて完了させた。いずれのサンプルも10mm/minで破断するまで引っ張った。Instronコンピュータプログラムを用いて、ヤング率(引張弾性率としても知られている)、引張強度、及び伸びを算出した。引張試験の結果を以下の表3に示す。データは4本の引張りバーの平均で表す。
表3から分かる通り、大半のサンプルは、ヤング率(YM)が完全フッ素化FEPのヤング率(YM)と比較して少なくとも2~3倍に増加していることが分かった。また、サンプルは完全フッ素化FEPと比較して最大引張応力が上昇していた。Vectra LCP A950の剛性により、いずれのサンプルも完全フッ素化FEPと比較して伸びが低下していた。CTE値に関しては、80℃及び100℃の両方で試験サンプルのCTE値が完全フッ素化FEPより低かった。100℃では、サンプル7~9及びTPL400のCTE値が完全フッ素化FEP又はVectra LCP A950のいずれかより低かった。
サンプル7及び8並びにTPL4000については、曲げ弾性率、最大曲げ荷重、及び曲げ応力を算出する試験も実施した。3点曲げ試験はいずれも、ASTM D790-03に従い、校正済みInstron試験機及びASTM D790射出成形曲げバーを用いて実施した。Instron試験機内で50mm離して配置した2本の金属ローラー上にサンプルを配置した。ロッドを用いて1.35mm/minで負荷をかけた。Instronコンピュータプログラムを用いて、弾性率、最大曲げ荷重、及び最大曲げ荷重での曲げ応力を算出した。これらの試験結果を以下の表4に示す。いずれのデータも1本の曲げバーの値で表す。
更に、サンプル7及び8については、熱膨張率(CTE)を算出する試験も実施した。CTEは、61mm×61mm射出成形プレートから切り出した2.0~3.0μmサンプルを用いてTA Instruments社製TMA Q400で測定した。ミツトヨ社製293型マイクロメーターを用いてサンプルの初期寸法を測定した。本実施例3のいずれのサンプルも以下の方法で測定した。
1.Force 0.100N
2.Equilibrate at 45.00℃
3.Mark end of cycle 0
4.Ramp 10.00℃/min to 100.00℃
5.Isothermal for 5.00min
6.Mark end of cycle 1
7.Ramp 10.00℃/min to 55.00℃
8.Mark end of cycle 2
9.Ramp 5.00℃/min to 190.00℃
10.Mark end of cycle 3
11.Jump to 30.00℃
12.End of method
CTE(α)は下記式を用いて算出した。
式中、L0は25℃での初期サンプル高さを表す。ΔLはミクロンによる長さ変化(μms)を表す。ΔTは摂氏による温度変化(℃)を表す。いずれのサンプルも、変化(ΔT)を5℃として測定した。CTE試験の結果を以下の表4に示す。報告値はいずれも射出成形サンプルの流れ方向に垂直な方向(Z方向)のものである。
1.Force 0.100N
2.Equilibrate at 45.00℃
3.Mark end of cycle 0
4.Ramp 10.00℃/min to 100.00℃
5.Isothermal for 5.00min
6.Mark end of cycle 1
7.Ramp 10.00℃/min to 55.00℃
8.Mark end of cycle 2
9.Ramp 5.00℃/min to 190.00℃
10.Mark end of cycle 3
11.Jump to 30.00℃
12.End of method
CTE(α)は下記式を用いて算出した。
表4に示す通り、サンプル7及び8は完全フッ素化FEPと比較してCTE値が向上し、サンプル8は80℃、100℃、120℃、150℃、及び180℃で向上した。3点曲げ試験を用いて、完全フッ素化FEPにおけるLCPの相容性を測定した。対照はRPCコポリマーを添加しないで試験した。LCP対照サンプルは、最大曲げ荷重が166であり、弾性率が1174Mpaであった。対照をサンプル7と比較したところ、サンプル7の最大曲げ荷重及び弾性率は対照よりかなり低かった。これらの値は、相容性が上昇したことを示す。サンプル8はサンプル7よりCTEが低いが、完全フッ素化FEPの柔軟性を保持している。
4.実施例4:他のFEP/LCP相容化ブレンドの機械的性質、電気的性質、及び熱的性質
実施例2で記載した手順に従い、Vectra LCP A950を7.5質量%含むFEP/LCP相容化ブレンドであるTPL4000を調製した。得られたFEP/LCP相容化ブレンド(TPL4000)の機械的性質、電気的性質、及び熱的性質を試験し、FEP及びLCPと比較した。実施例3で概説した手順を用いて、引張試験、曲げ試験、及びCTE試験を実施した。
実施例2で記載した手順に従い、Vectra LCP A950を7.5質量%含むFEP/LCP相容化ブレンドであるTPL4000を調製した。得られたFEP/LCP相容化ブレンド(TPL4000)の機械的性質、電気的性質、及び熱的性質を試験し、FEP及びLCPと比較した。実施例3で概説した手順を用いて、引張試験、曲げ試験、及びCTE試験を実施した。
CTEは、61mm×61mm射出成形プレートから切り出した2.0~3.0μmサンプルを用いてTA Instruments社製TMA Q400で測定した。ミツトヨ社製293型マイクロメーターを用いてサンプルの初期寸法を測定した。いずれのサンプルも以下の方法で測定した。
1.Force 0.100N
2.Equilibrate at 45.00℃
3.Mark end of cycle 0
4.Ramp 10.00℃/min to 100.00℃
5.Isothermal for 5.00min
6.Mark end of cycle 1
7.Ramp 10.00℃/min to 55.00℃
8.Mark end of cycle 2
9.Ramp 5.00℃/min to 190.00℃
10.Mark end of cycle 3
11.Jump to 30.00℃
12.End of method
CTE(α)は下記式を用いて算出した。
式中、L0は25℃での初期サンプル高さを表す。ΔLはミクロンによる長さ変化(μm)を表す。ΔTは摂氏による温度変化(℃)を表す。いずれのサンプルも、変化(ΔT)を5℃として測定した。CTE試験の結果を上記表4に示す。報告値はいずれも射出成形サンプルの流れ方向に垂直な方向(Z方向)のものである。
1.Force 0.100N
2.Equilibrate at 45.00℃
3.Mark end of cycle 0
4.Ramp 10.00℃/min to 100.00℃
5.Isothermal for 5.00min
6.Mark end of cycle 1
7.Ramp 10.00℃/min to 55.00℃
8.Mark end of cycle 2
9.Ramp 5.00℃/min to 190.00℃
10.Mark end of cycle 3
11.Jump to 30.00℃
12.End of method
CTE(α)は下記式を用いて算出した。
10~20mgの押出しペレットを用いて、TA Instruments社製TGA Q500で重量損失を測定した。いずれのサンプルも以下の方法で測定した。
Step 1:Equilibrate at 45℃
Step 2:Ramp 10℃/min to 800℃
結果から、1%重量損失温度及び5%重量損失温度を算出した。
図4は、FEP/LCP相容化ブレンドの引張弾性率をFEP及びLCPと比較したグラフである。図4に表す通り、FEP/LCP相容化ブレンドは、FEPと比較した場合、引張弾性率がおよそ3倍に増加している。
Step 1:Equilibrate at 45℃
Step 2:Ramp 10℃/min to 800℃
結果から、1%重量損失温度及び5%重量損失温度を算出した。
図4は、FEP/LCP相容化ブレンドの引張弾性率をFEP及びLCPと比較したグラフである。図4に表す通り、FEP/LCP相容化ブレンドは、FEPと比較した場合、引張弾性率がおよそ3倍に増加している。
図5は、FEP、LCP、及びFEP/LCP相容化ブレンドの100℃におけるCTEを表すグラフである。図5に表す通り、FEP/LCP相容化ブレンドのCTEは、両方の非ブレンドポリマー(すなわち、FEP及びLCP)より低い。具体的にいうと、FEP/LCP相容化ブレンドのCTEは、両方の非ブレンドポリマー(すなわち、FEP及びLCP)の半分近くである。
機械的性質及び熱機械的性質が向上したことで、FEP/LCP相容化ブレンドは良好な熱的安定性を保持している。例えば、図6は、FEP、LCP、及びFEP/LCP相容化ブレンドの窒素中損失として測定した熱的安定性を表すグラフである。Y軸は、5%重量損失が観察された温度である。図6に表す通り、FEP/LCP相容化ブレンドは、FEPと比較した場合、重量損失がわずかに低下しただけである。加えて、図7は、FEP、LCP、及びFEP/LCP相容化ブレンドのガラス転移点を表すグラフである。図7に表す通り、FEP/LCP相容化ブレンドのガラス転移点はFEPと同等である。
図8及び図9は曲げ試験の結果を表す。図8は、FEP、LCP、及びFEP/LCP相容化ブレンドの最大曲げ荷重における曲げ応力を表すグラフである。図8に表す通り、FEP/LCP相容化ブレンドの最大曲げ荷重は、非ブレンドLCPより低い。図9は、FEP、LCP、及びFEP/LCP相容化ブレンドの曲げ弾性率を表すグラフである。FEP/LCP相容化ブレンドの曲げ弾性率は非ブレンドLCPより低い。
5.実施例5:他のFEP/LCP相容化ブレンドの機械的性質及び熱的性質
実施例2で記載した手順に従い、2種のFEP/LCP相容化ブレンドを調製した。Vectra LCP A950をそれぞれ7.5質量%及び15.0質量%含むFEP/LCP相容化ブレンドであるTG1000及びTG2000を調製した。得られたFEP/LCP相容化ブレンドの機械的性質及び熱的性質を試験し、FEPと比較した。実施例3で概説した手順を用いて、引張試験、曲げ試験、及びCTE試験を実施した。
実施例2で記載した手順に従い、2種のFEP/LCP相容化ブレンドを調製した。Vectra LCP A950をそれぞれ7.5質量%及び15.0質量%含むFEP/LCP相容化ブレンドであるTG1000及びTG2000を調製した。得られたFEP/LCP相容化ブレンドの機械的性質及び熱的性質を試験し、FEPと比較した。実施例3で概説した手順を用いて、引張試験、曲げ試験、及びCTE試験を実施した。
機械的引張試験の結果を図10及び図11に表す。図10は、各FEP/LCP相容化ブレンドから作製した薄膜の最大引張強度をFEP単体と比較したグラフである。図10に表す通り、第2のFEP/LCP相容化ブレンド(TG2000)は、FEP単体と比較した場合、最大引張強度が上昇している。図11は、各FEP/LCP相容化ブレンドから作製した薄膜のヤング率をFEP単体と比較したグラフである。図11に表す通り、FEP/LCP相容化ブレンドのヤング率はFEP単体の約3倍である。
曲げ試験の結果を図12及び図13に表す。図12は、各FEP/LCP相容化ブレンドから作製した薄膜の最大曲げ荷重をFEP単体と比較したグラフである。図12に表す通り、第1のFEP/LCP相容化ブレンド(TG1000)の最大曲げ荷重はFEPとほぼ同じであった。図13は、各FEP/LCP相容化ブレンドから作製した薄膜の曲げ弾性率をFEP単体と比較したグラフである。図13に表す通り、第2のFEP/LCP相容化ブレンド(TG2000)の曲げ弾性率が最も高く、FEPの曲げ弾性率の2~3倍である。
CTE試験の結果を図14に表す。図14は、各FEP/LCP相容化ブレンドから作製した薄膜の80℃、100℃、120℃、150℃、及び180℃という5つの温度におけるCTEをFEP単体と比較したグラフである。図14に表す通り、第1のFEP/LCP相容化ブレンド(TG1000)のCTEは、いずれの温度でもFEPより低い。第2のFEP/LCP相容化ブレンド(TG2000)のCTEは、180℃を除くいずれの温度でもFEPより低い。
6.実施例6:PFA/LCP繊維の調製
せん断パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)をヒドロキシ-1-ナフトエ酸モノマー、ヒドロキシ安息香酸モノマー、及び液晶ポリマー(LCP)とブレンドして、反応性ポリマー相容化剤を生成した。各物質の百分率を以下の表5に示す。サンプルを完全に混合したら、混合物を4.0~6.0kg/hrでLeistritz社製ZSE-18HP-PH二軸押出機に供給し、ペレット状に押し出した。サンプル220Eの場合、ゾーン1~8を340℃~360℃に加熱した。スクリューは250RPMの一定に保持した。相容化剤ブレンドのペレットブレンドはやや灰色がかっている。
せん断パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)をヒドロキシ-1-ナフトエ酸モノマー、ヒドロキシ安息香酸モノマー、及び液晶ポリマー(LCP)とブレンドして、反応性ポリマー相容化剤を生成した。各物質の百分率を以下の表5に示す。サンプルを完全に混合したら、混合物を4.0~6.0kg/hrでLeistritz社製ZSE-18HP-PH二軸押出機に供給し、ペレット状に押し出した。サンプル220Eの場合、ゾーン1~8を340℃~360℃に加熱した。スクリューは250RPMの一定に保持した。相容化剤ブレンドのペレットブレンドはやや灰色がかっている。
PFA及びLCPで相容化するためのブレンド配合を以下の表6及び表7に示す。上で作製した反応性ポリマー相容化剤(サンプル220E)、PFA、LCP、1,1’-カルボニルジイミダゾール、及びsilocym-Aナノ粒子を1つの袋に全て加えて均質になるまで混合した。表6に示す通り、サンプル220Fではナノ粒子を使用しなかった。混合物を4.0~6.0kg/hrでLeistritz社製ZSE-18HP-PH二軸押出機に供給し、化合物をペレット状に押し出した。ゾーン1~8を340℃~360℃に加熱し、スクリュー速度を250RPMの一定で保持した。PFA/LCPブレンドは灰色のペレットとして得られた。
穴径0.7mmの12穴ブロックダイを備えたLeistriz社製ZSE27HP二軸押出機でPFA/LCP繊維を製造した。スクリュー速度は100rpmの一定に保持し、供給速度は3.0kg/hrの一定で保持した。溶融圧力は325~500PSIとした。ゾーン1~12の温度は325℃~350℃とした。100ft/minのピックアップ速度で繊維を空冷した。得られた繊維の直径を測定したところ、0.09mm~0.2mmであった。
7.実施例7:PFA/LCP繊維の機械的性質
ASTM D3379-75に従い、Staples Glue Tape Permanentを用いてゲージ長30mmで各繊維を紙製マウントに取り付けた。Staples Glue Tape Permanentの二次ライン及び紙片を用いて繊維を所定の位置に固定し、Instronのグリップが繊維と直接擦れないようにした。各サンプルについて、Ziess SteREO Discovery V.12顕微鏡を用いて繊維の直径を測定した。Instron5582万能試験機を用いて、フルオロポリマー繊維及びフルオロポリマーアロイ繊維の機械的性質を測定した。Instronは1kNロードセル及びくさび型グリップを備えていた。各サンプルをくさび型グリップに設置したら、ハサミで繊維マウントを切断した。伸長速度50mm/minで破断するまで引張試験を実施した。BlueHill 2ソフトウェアを用いて、引張強度、引張弾性率、及び伸びを算出した。
ASTM D3379-75に従い、Staples Glue Tape Permanentを用いてゲージ長30mmで各繊維を紙製マウントに取り付けた。Staples Glue Tape Permanentの二次ライン及び紙片を用いて繊維を所定の位置に固定し、Instronのグリップが繊維と直接擦れないようにした。各サンプルについて、Ziess SteREO Discovery V.12顕微鏡を用いて繊維の直径を測定した。Instron5582万能試験機を用いて、フルオロポリマー繊維及びフルオロポリマーアロイ繊維の機械的性質を測定した。Instronは1kNロードセル及びくさび型グリップを備えていた。各サンプルをくさび型グリップに設置したら、ハサミで繊維マウントを切断した。伸長速度50mm/minで破断するまで引張試験を実施した。BlueHill 2ソフトウェアを用いて、引張強度、引張弾性率、及び伸びを算出した。
表7は、室温で純粋PFA及びPFA/LCP相容化ブレンド(表6A参照)から製造した繊維の機械的性質を示す。以下の表7に示す通り、7.5質量%のLCPを添加すると、引張強度及び引張弾性率が劇的に上昇した。サンプル220Fの引張強度はPFAより3.2倍高く、ヤング率はPFAの9.4倍高かった。PFA/LCPブレンドの伸びは純粋PFAと比較して低下していた。これは、LCPの結晶性が高いことでブレンドの弾性が低下したためと考えられる。しかしながら、サンプル220Gに少量のナノ粒子を添加したところ、ブレンド中のLCPポリマーの結晶領域が壊れ、ナノ粒子を含まないサンプル220Fと比較して伸びが上昇した。
8.実施例8:PFA/LCP相容化ブレンドの電気的性質
本実施例では、下記サンプル:純粋PFAのサンプル、サンプル220F及び220G(その配合は表6Aを参照)、141D、143B、147D、及び149E(その配合は表6Bを参照)の電気的性質を試験した。各サンプルについて、デジタルノギスを用いて4~5地点でサンプル厚さを測定し、平均した。次いで、サンプルをキャビティに挿入した。測定はKeysight P9374A PNA及びNIST SplitCソフトウェアを用いて実施した。欠陥のあるサンプルでは、最も良好な領域を用いてキャビティ開口部を被覆した。
本実施例では、下記サンプル:純粋PFAのサンプル、サンプル220F及び220G(その配合は表6Aを参照)、141D、143B、147D、及び149E(その配合は表6Bを参照)の電気的性質を試験した。各サンプルについて、デジタルノギスを用いて4~5地点でサンプル厚さを測定し、平均した。次いで、サンプルをキャビティに挿入した。測定はKeysight P9374A PNA及びNIST SplitCソフトウェアを用いて実施した。欠陥のあるサンプルでは、最も良好な領域を用いてキャビティ開口部を被覆した。
各サンプルの電気的性質を以下の表8に示す。より具体的にいうと、表8は、純粋PFA及びPFA/LCP相容化ブレンド(サンプル220F及び220G)の17GHzにおける誘電率及び誘電損失を示す。表8に示す通り、PFA/LCP相容化ブレンドの誘電率は純粋PFAの誘電率より高い。また、PFA/LCP相容化ブレンドの誘電損失も純粋PFAより高い。
9.実施例9:他のPFA/LCP相容化ブレンドの調製
PFA/LCP RPCコポリマーを調製した。せん断PFA、Vectra LCP A950、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸、及び4-ヒドロキシ安息香酸を1つの袋に全て加えて均一に混合した。各物質の量を以下の表9に示す。LCPモノマーである6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸の両方を1:1モル当量で添加し、いずれの配合でも総量は5質量%であった。サンプルを完全に混合したら、混合物を4.0~6.0kg/hrでLeistritz社製ZSE18HPに供給した。各サンプルについて、ゾーン1~8を310℃~340℃に加熱した。スクリュー速度は250rpmの一定に保持した。また、PFAの存在下又は非存在下でPFA/LCP RPCコポリマーを調製した。いずれのRPCコポリマーも茶色のペレットとして得られた。
PFA/LCP RPCコポリマーを調製した。せん断PFA、Vectra LCP A950、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸、及び4-ヒドロキシ安息香酸を1つの袋に全て加えて均一に混合した。各物質の量を以下の表9に示す。LCPモノマーである6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸の両方を1:1モル当量で添加し、いずれの配合でも総量は5質量%であった。サンプルを完全に混合したら、混合物を4.0~6.0kg/hrでLeistritz社製ZSE18HPに供給した。各サンプルについて、ゾーン1~8を310℃~340℃に加熱した。スクリュー速度は250rpmの一定に保持した。また、PFAの存在下又は非存在下でPFA/LCP RPCコポリマーを調製した。いずれのRPCコポリマーも茶色のペレットとして得られた。
図15は、PFA/LCP RPCコポリマーを製造するスキームの一例を表す。図15に表す通り、PFA/LCP RPCコポリマーは二軸押出機内での重縮合により調製される。段階成長重縮合は押出機の熱で進行する。PFA及び/又はせん断PFAから生成されたHFはルイス酸として作用して反応を進行させる。芳香族モノマーである6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸は一般的なLCPモノマーであり、PFAとLCPとの界面張力を低減させるのに有効である。6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸がA-B型官能性モノマーであることから、いずれのモノマーもサンプル分子構造の他の分子又は他のモノマーと重合できる。対応するランダムコポリマー、モノマー、及びオリゴマーが、せん断PFA及びVectra LCP A950の末端基と反応してランダムブロックコポリマーを生成できる。
PFA/LCP相容化ブレンドを調製するため、カルボニルジイミダゾール(CDI)、Vectra LCP A950、RPCコポリマー、及び純粋PFAを1つの袋に全て加えて均質になるまで混合した。各サンプルで用いたCDI、Vectra LCP A950、RPCコポリマー、及び純粋PFAの量を以下の表10に示す。次いで、混合物を4.0~6.0kg/hrでLeistritz社製ZSE18HPに供給した。ゾーン1~8を310℃~340℃に加熱した。スクリュー速度は250rpmの一定に保持した。PFA/LCPブレンドはオフホワイト色のペレットとして得られた。
10.実施例10:PFA/LCP相容化ブレンドの機械的性質
実施例9で得られたサンプルを住友社製SE75DU射出成形機に自重供給した。供給ゾーンを49℃で保持した。回転スクリュー内のゾーン1~5を310~340℃に加熱した。充填時間は5.00秒とし、充填圧力は10.00kpsiとした。スクリューは、0.2インチ/秒の速度で0.3インチ引き戻した。サンプルを引張試験用のASTM D638 V型、動的機械分析(DMA)用のASTM D790曲げバー、及び熱機械分析(TMA)試験用の61mm×61mmプレートに成形した。
実施例9で得られたサンプルを住友社製SE75DU射出成形機に自重供給した。供給ゾーンを49℃で保持した。回転スクリュー内のゾーン1~5を310~340℃に加熱した。充填時間は5.00秒とし、充填圧力は10.00kpsiとした。スクリューは、0.2インチ/秒の速度で0.3インチ引き戻した。サンプルを引張試験用のASTM D638 V型、動的機械分析(DMA)用のASTM D790曲げバー、及び熱機械分析(TMA)試験用の61mm×61mmプレートに成形した。
引張試験について、射出成形サンプルの機械的試験はいずれもV型引張りバーを用いて実施した。引張試験はいずれも、ASTM D638に従い、V型引張りバー及びInstron社製3365式装置を用いて完了させた。いずれのサンプルも10mm/minで破断するまで引っ張った。Instronコンピュータプログラムを用いて、ヤング率(YM)、引張強度、及び伸びを算出した。いずれのデータも4本の引張りバーの平均で表す。
熱機械分析(TMA)について、熱膨張率(CTE)は、61mm×61mm射出成形プレートから切り出した2.0~3.0μmサンプルを用いてTA Instruments社製TMA Q400で測定した。ミツトヨ社製293型マイクロメーターを用いてサンプルの初期寸法を測定した。いずれのサンプルも以下の方法で測定した。
1.Force 0.100N
2.Equilibrate at 45.00℃
3.Mark end of cycle 0
4.Ramp 10.00℃/min to 100.00℃
5.Isothermal for 5.00min
6.Mark end of cycle 1
7.Ramp 10.00℃/min to 55.00℃
8.Mark end of cycle 2
9.Ramp 5.00℃/min to 190.00℃
10.Mark end of cycle 3
11.Jump to 30.00℃
12.End of method
CTE(α)は下記式を用いて算出した。
式中、L0は25℃での初期サンプル高さを表す。ΔLはミクロンによる長さ変化(μms)を表す。ΔTは摂氏による温度変化(℃)を表す。いずれのサンプルも、変化(ΔT)を5℃として測定した。
1.Force 0.100N
2.Equilibrate at 45.00℃
3.Mark end of cycle 0
4.Ramp 10.00℃/min to 100.00℃
5.Isothermal for 5.00min
6.Mark end of cycle 1
7.Ramp 10.00℃/min to 55.00℃
8.Mark end of cycle 2
9.Ramp 5.00℃/min to 190.00℃
10.Mark end of cycle 3
11.Jump to 30.00℃
12.End of method
CTE(α)は下記式を用いて算出した。
表11は、PFA/LCP相容化ブレンドの引張性を示す。サンプル897A~Cの各配合を上記表10に示す。以下の表11に示す通り、サンプル897Aの最大引張が21MPaで最も高かった。サンプル897Bはヤング率(YM)が826MPaで最も高かったが、サンプル897CのPFA/LCP配合と比較して伸びの向上はわずかであった。いずれの配合も、純粋PFAと比較してYMが上昇していた。サンプル897A及び897Bは、純粋PFAと比較した場合、最大引張がわずかに向上した。
以下の表12は、サンプル897A~C、純粋PFA、及びLCP Vectra A950の熱膨張率(CTE)の値を示す。サンプル897A及び897Bの80℃及び100℃におけるCTE値は、サンプル897C、純粋PFA、及びLCP Vectra A950と比較して高かった。サンプル897CのCTE値は100℃及び120℃でそれぞれ138ppm/℃及び141ppm/℃であり、より高い温度(150℃及び180℃)ではCTE値が上昇した。180℃において、サンプル897BはCTE値が117ppm/℃であり、これは180℃におけるLCP Vectra A950のCTE値より低い。
以下の表13及び表14は、PFA及びPFA/LCP相容化ブレンドの貯蔵弾性率及びガラス転移点を示す。表13に示す通り、PFA/LCP相容化ブレンドは純粋PFAより高い貯蔵弾性率の値を示した。加えて、表14に示す通り、PFA/LCP相容化ブレンドのガラス転移点は純粋PFAより低かった。
実施例11:他の相容化剤配合
上記実施例1~10では、いずれの反応性ポリマー相容化剤もフッ素化ポリマー及び非フッ素化モノマーを用いていた。これらの分類の材料に加え、モノマー又はポリマーを添加してRPCコポリマーに分子柔軟性を付与することができる。これらの結合分子は、脂肪族鎖又はエーテル官能基等の柔軟な部分を有していてもよい。また、これらの結合分子は、アミン等の反応性官能基を含んでいてもよい。結合分子を用いて、LCPモノマーをポリマー主鎖に化学結合させる。これにより、メソゲンといわれる分子的に剛直な重合LCP単位に柔軟性を与えて互いに整列させることができ、機械的強度と、LCPポリマーと相容できる局在ドメインとが得られる。
上記実施例1~10では、いずれの反応性ポリマー相容化剤もフッ素化ポリマー及び非フッ素化モノマーを用いていた。これらの分類の材料に加え、モノマー又はポリマーを添加してRPCコポリマーに分子柔軟性を付与することができる。これらの結合分子は、脂肪族鎖又はエーテル官能基等の柔軟な部分を有していてもよい。また、これらの結合分子は、アミン等の反応性官能基を含んでいてもよい。結合分子を用いて、LCPモノマーをポリマー主鎖に化学結合させる。これにより、メソゲンといわれる分子的に剛直な重合LCP単位に柔軟性を与えて互いに整列させることができ、機械的強度と、LCPポリマーと相容できる局在ドメインとが得られる。
いくつかの実施形態において、フッ素非含有RPCコポリマーを用いてLCP/FPブレンドを相容化してもよい。フッ素非含有RPCコポリマーを生成するため、非フッ素化ポリマーを非フッ素化モノマーと組み合わせる。いくつかの実施形態では、フッ素非含有結合分子を使用してもよい。いくつかの好ましい実施形態において、非フッ素化ポリマーは、カルボン酸、ヒドロキシ、エステル、及び無水物等の反応性官能基を含み、非フッ素化モノマーは、6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸等のLCPモノマーから選択することが好ましい。本目的に好適な非フッ素化ポリマーとしては、図16に表す環状オレフィン(COC)のコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。
RPCコポリマー配合の例を表15に示す。値は初期混合物の質量%で表す。本実施例11において、各ポリマーは、カルボン酸、ヒドロキシ、エステル、COF、又は無水物等の反応性官能基を含む。このような官能基は末端基として、すなわち、ポリマー鎖の末端にのみ存在してもよく、ポリマー鎖全体に存在してもよい。本実施例11において、結合分子は、アミン反応性基で官能基化したSEBS(スチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン)熱可塑性エラストマーゴムと2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシフェニル)]ヘキサフルオロプロパンとを有する。本実施例において、LCPモノマーである6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸は1:1のモル比で使用する。
本実施例の各サンプルについて成分を混合し、表16に示した温度プロファイルの同方向二軸押出機に供給した。ゾーン1はフィーダーに近く、ゾーン8はダイである。材料は5.5kg/hrで押出機に供給し、押出機のモーターは300RPMで回転させた。押出物を水浴中で冷却し、ペレット化した。
実施例12:相容化剤を用いたLCPとフルオロポリマーとのブレンド
実施例11で記載したRPCコポリマーを用いて、液晶ポリマーとフルオロポリマーとのブレンドを相容化できる。加えて、官能基化SEBSゴム等の結合分子をLCP/FPブレンドに添加できる。いくつかの実施形態では、RPCコポリマーに加えて他の分子を用いることで、LCPとフルオロポリマーとの相容性を向上できる。いくつかの実施形態において、この分子は1,3-ビス(4,5-ジヒドロ-2-オキサゾリル)ベンゼンであるが、各種の官能基を有する分子も効果的である。表17は、LCP/FPブレンドのいくつかの組成例を示す。これらのブレンドにおいて、フルオロポリマーは反応性官能基を有していてもいなくてもよい。
実施例11で記載したRPCコポリマーを用いて、液晶ポリマーとフルオロポリマーとのブレンドを相容化できる。加えて、官能基化SEBSゴム等の結合分子をLCP/FPブレンドに添加できる。いくつかの実施形態では、RPCコポリマーに加えて他の分子を用いることで、LCPとフルオロポリマーとの相容性を向上できる。いくつかの実施形態において、この分子は1,3-ビス(4,5-ジヒドロ-2-オキサゾリル)ベンゼンであるが、各種の官能基を有する分子も効果的である。表17は、LCP/FPブレンドのいくつかの組成例を示す。これらのブレンドにおいて、フルオロポリマーは反応性官能基を有していてもいなくてもよい。
押出機のモーターを300RPMで回転させ、表17の全ての材料を5.5kg/hrで同方向二軸押出機に供給した。押出機の温度は表18に示す。押出物を水浴中で冷却し、ペレット化してから射出成形した。いずれのサンプルも、バレル温度600~626°Fで射出成形した。
図17~19に表す通り、これらのブレンドの射出成形品の引張強度、引張弾性率、及び伸び性を測定した。分かりやすくするため、PFAの破断伸び(485.6%±8.92%)は省略した。V型曲げバーを射出成形し、Instron万能試験機を用いてひずみ速度10インチ/minで試験した。特に注記しない限り、いずれの結果も5つのサンプルの平均として報告し、エラーバーは標準偏差1つ分を表す。加えて、熱機械分析装置(TMA)を用いて、これらのサンプルのCTE(Z方向)を測定した。CTEは、所定の温度範囲におけるデータに最もフィットする直線の傾きとして測定した。これらの結果を図20に表す。
また、スプリット・キャビティ誘電測定を実施して、16GHzでこれらの材料のDk及びDfを測定した。これらの結果を図21及び図22に表す。本実施例及び以下の実施例で報告するPFAサンプルは純粋PFAであり、725~770°Fで射出成形した。サンプル92Fは押し出してもストランドを形成せず、ペレット化又は射出成形できなかったため、その結果も報告していない。
本実施例12のサンプルはいずれもPFA単体より引張強度及び引張弾性率が高かった。また、いずれのサンプルもPFA単体より伸びが低かった。90A~92Eを比較したところ、90Aの配合の引張強度が高いことが分かった。92Aの伸びが90Aと比較して低いことから分かる通り、最終ブレンドに官能基化SEBSゴムを添加してもこれらの性質は向上しなかった。本実施例12で検討した実施形態は、いずれも100~200℃におけるCTEがPFA単体より低かった。
サンプル90Aは性質が最も向上していた。既に述べた通り、90Aは92Eより機械的性質に優れ、サンプル92Aより10~100℃におけるCTEが低い。加えて、選択したサンプルのSEM写真を撮影した。これらの結果を図23~25に表す。これらの顕微鏡写真から、RPC82Aが存在するとLCP/FPブレンドの相容性が向上することが分かる。92C及び92Dの微細構造には、90Aよりもかなり大きな組織が見られる。このことから、サンプル90AではLCPとPFAとの表面張力が低く、LCPドメイン及びPFAドメインがより小さくなったことが分かる。表面張力が低いのはRPCによると考えられる。加えて、図21に見られる通り、RPCが存在していないと誘電率が高くなる。サンプル92Cで示される通り、小分子相容化剤を単体で使用しても、PFAとLCPとの表面張力が低下したようには見えない。
実施例13:LCP/フルオロポリマーブレンドにおける各種反応性ポリマー相容化剤の使用
反応性ポリマー相容化剤はLCPとフルオロポリマーとの効果的なブレンドに有用なので、実施例11で検討した各反応性ポリマー相容化剤を用いてフルオロポリマー/LCPブレンドの例を作製した。表19は、実施例11で検討したRPCを用いて相容化したLCPとフルオロポリマーとのブレンドのいくつかの組成を示す。
反応性ポリマー相容化剤はLCPとフルオロポリマーとの効果的なブレンドに有用なので、実施例11で検討した各反応性ポリマー相容化剤を用いてフルオロポリマー/LCPブレンドの例を作製した。表19は、実施例11で検討したRPCを用いて相容化したLCPとフルオロポリマーとのブレンドのいくつかの組成を示す。
表19の全ての材料を混合し、押出機のモーターを300RPMで回転させ、5.5kg/hrで同方向二軸押出機に供給した。押出機の温度は表20に示す。押出し物を水浴中で冷却し、ペレット化した。次いで、サンプルを射出成形した。いずれのサンプルも、バレル温度600~626°Fで射出成形した。
図26~28に表す通り、これらのブレンドの射出成形品の引張性を測定した。V型曲げバーを射出成形し、Instron万能試験機を用いてひずみ速度10インチ/minで試験した。加えて、熱機械分析装置(TMA)を用いて、これらのサンプルのCTE(Z方向)を測定した。これらの結果を図29及び図30に表す。図29では、全ての曲線が25℃周辺に配列して分かりやすくなるよう、寸法変化を垂直にシフトさせた。各曲線の傾きは、その温度範囲における熱膨張率(CTE)に対応する。また、スプリット・キャビティ誘電測定を実施して、これらの材料のDk及びDfを測定した。これらの結果を図31及び図32に表す。
これらのサンプルのうち、サンプル85Aの引張強度及び破断伸びが最も高かった。FEP系サンプルのうち、サンプル88Aの引張強度及び破断伸びが最も低く、88B及び88Cは互いに同じような挙動であった。サンプル85C及び88Aは100℃超で大きく収縮した。このことから、82C反応性ポリマー相容化剤が存在すると高温で収縮が起こるようである。各実施形態の100~200℃におけるCTEは、対応するフルオロポリマー単体のものより低い。それでも、Z方向のCTEは依然として相対的に高い。誘電性に関しては、PFA系サンプルのうちサンプル85AのDk及びDfが最も低い。FEP系サンプルはいずれも誘電損失がPFA系サンプルより低い。
実施例14:フルオロポリマーに対するLCPの比
実施例13では、LCP及びフルオロポリマーを相容化できる多くのRPCが存在することが分かった。しかしながら、実施例13では、LCPに対するフルオロポリマーの比として1つしか検討しなかった。RPCは幅広い範囲のLCP/フルオロポリマー組成を相容化できる。本実施例14におけるサンプルの組成を表21に示す。なお、サンプル90Aはサンプル85Aと同じ組成及び処理条件だが、処理回数が異なる。本実施例14のサンプルをそれぞれ混合し、5.5kg/hrで二軸押出機に供給した。押出機は300RPMで作動させた。使用した温度は、サンプル85A~Cの表20に示したものである。
実施例13では、LCP及びフルオロポリマーを相容化できる多くのRPCが存在することが分かった。しかしながら、実施例13では、LCPに対するフルオロポリマーの比として1つしか検討しなかった。RPCは幅広い範囲のLCP/フルオロポリマー組成を相容化できる。本実施例14におけるサンプルの組成を表21に示す。なお、サンプル90Aはサンプル85Aと同じ組成及び処理条件だが、処理回数が異なる。本実施例14のサンプルをそれぞれ混合し、5.5kg/hrで二軸押出機に供給した。押出機は300RPMで作動させた。使用した温度は、サンプル85A~Cの表20に示したものである。
また、実施例13に記載の条件下でこれらのサンプルを射出成形し、その引張性を同様に測定した。これらの材料の引張性を図33~35に表す。サンプル85Dは滑りが良すぎてInstron万能試験機の引張グリップを滑り抜けてしまうため、その引張性は報告していない。85D及びLCP単体を含む全てのサンプルの曲げ性を測定し、図36に報告している。材料の曲げ弾性率及び引張弾性率は概して線形に相関することが分かっているため、曲げ弾性率から引張弾性率や他の機械的性質について推測できる。
PFAの曲げ弾性率は事前に測定しており、399MPaであった。これと、LCPの曲げ弾性率測定値(6602)とを考慮し、曲げ弾性率がLCP成分及びPFA成分のみの加重平均に比例するとしたら、LCP/PFAブレンドの曲げ弾性率がどのようになるかを予測できる。これらの実施形態の曲げ弾性率予測値を表22に示す。なお、本計算で使用したPFA量には反応性ポリマー相容化剤中のPFAを含むが、他の相容化成分(合計でブレンドの2質量%)は計算に含まない。これらのデータを図36と比較したところ、各ブレンドの実際の曲げ弾性率は、PFA及びLCPのみを考慮した場合の予測値より高いことが分かった。従って、相容化剤はLCP/PFAブレンドの機械的強度に大きく貢献することが証明された。
スプリット・キャビティ法を用いて、16GHzでこれらの実施形態の誘電性を測定した。これらの実施形態の誘電率及び誘電損失を、それぞれ図37及び図38に表す。サンプルのLCP含量が多いほど当該サンプルのDfが高いという傾向が見られた。従って、最も望ましいサンプルは、それが使用される用途によって異なる。曲げ用途の場合はサンプル90Aが望ましいと考えられ、機械的強度が必要な用途の場合はサンプル85Dの方が望ましいと考えられる。
E.結論
液晶ポリマーとフルオロポリマーとのブレンドの組成物及びその生成方法を開示する。開示した、これらのポリマーをブレンドする方法の実施形態は、反応性ポリマー相容化剤と、いくつかの実施形態では小分子相容化剤とを合成及び/又は使用する工程を有する。反応性ポリマー相容化剤の実施形態は、少なくとも1種のポリマーを少なくとも1種のモノマーと組み合わせて作製する。いくつかの実施形態において、ポリマーの1種はフルオロポリマーであり、反応基を含む官能基化フルオロポリマーであってもよい。しかしながら、いくつかの実施形態において、このポリマーは環状オレフィンコポリマー等の非フッ素化ポリマーであってもよい。反応性ポリマー相容化剤の実施形態の他の成分は非フッ素化モノマーである。いくつかの実施形態において、これらの非フッ素化モノマーはLCPモノマーである。いくつかの実施形態では、結合分子を添加して反応性ポリマー相容化剤の分子柔軟性を向上させることで、構成したLCPメソゲンが容易に配列するようにしてもよい。
本発明に係る開示した実施形態における所定の要素は、単一の構造、単一の工程、又は単一の物質等において実施できることが理解できるであろう。同様に、開示した実施形態における所定の要素は、複数の構造、工程、又は物質等で実施できる。
上述の説明は、本開示の方法、装置、製品、組成物、及びその他の教示を図示及び記載するものである。加えて、本開示では、開示した方法、装置、製造、組成物、及びその他の教示について一定の実施形態しか提示及び記載していない。しかしながら、上記の通り、本開示の教示は、他の様々な組み合わせ、変形形態、及び環境で使用でき、且つ当業者の技術及び/又は知識に対応して、本明細書に記載した教示の範囲内で変更及び変形させられることが理解できるであろう。更に、本明細書中で上記した実施形態は、本開示の方法、装置、製品、組成物、及びその他の教示を実施するためのものとして知られている一定の最良形態を説明すること、及び他の当業者が、そのような実施形態又は別の実施形態において本開示の教示を利用し、且つ具体的な用途に必要とされる各種変形と共に本開示の教示を利用できるようにすることを意図したものである。従って、本開示の方法、装置、製品、組成物、及びその他の教示は、本明細書中で開示した厳密な実施形態及び実施例に限定することを意図したものではない。本明細書中の表題は37C.F.R.§1.77の提案と対応させること、又は組織的な待ち行列(organizational queues)を提供することを意図したにすぎない。これらの表題は、本明細書中に記載した発明を限定及び特徴付けするものではない。
Claims (20)
- フルオロポリマー、液晶ポリマー、及び相容化剤組成物を含むポリマーブレンドであって、
前記相容化剤組成物はフッ素含有分子及び液晶モノマーを含むコポリマーを含む
ポリマーブレンド。 - 前記相容化剤組成物は小分子相容化剤を更に含む、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- 前記相容化剤組成物は結合分子を更に含む、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- 前記結合分子はスチレン-エチレン-ブタジエン-スチレンゴムである、請求項3に記載のポリマーブレンド。
- 前記結合分子は前記フッ素含有分子及び前記液晶モノマーの両方に結合している、請求項3に記載のポリマーブレンド。
- 前記相容化剤組成物は、フッ素化エチレンプロピレン(FEP)及びパーフルオロアルコキシアルカン(PFA)から選択される完全フッ素化フルオロポリマーを更に含む、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- 前記ポリマーブレンドは前記液晶ポリマーを少なくとも15質量%含む、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- 前記フルオロポリマーはフッ素化エチレンプロピレン(FEP)である、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- 前記フルオロポリマーはパーフルオロアルコキシアルカン(PFA)である、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- 前記ポリマーブレンドは、前記PFAを少なくとも65質量%、前記液晶ポリマーを少なくとも15質量%含む、請求項9に記載のポリマーブレンド。
- 前記ポリマーブレンドは、前記PFAを約68~72質量%、前記液晶ポリマーを約17~20質量%、前記相容化剤組成物を約8~12質量%含む、請求項9に記載のポリマーブレンド。
- 前記液晶ポリマーは、前記相容化剤組成物の前記液晶モノマーと同じ種類である、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- 前記ポリマーブレンドは、曲げ弾性率が前記フルオロポリマー単体の曲げ弾性率の少なくとも800%である、請求項1に記載のポリマーブレンド。
- フルオロポリマー、液晶ポリマー、及び相容化剤組成物を含むポリマーブレンドであって、
前記相容化剤組成物は、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)分子及び少なくとも2種の異なる液晶モノマーを含むコポリマーを含む
ポリマーブレンド。 - 前記液晶モノマーは6-ヒドロキシ-2-ナフトエ酸及び4-ヒドロキシ安息香酸を含む、請求項14に記載のポリマーブレンド。
- 前記相容化剤組成物はスチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン熱可塑性エラストマーゴムを更に含む、請求項14に記載のポリマーブレンド。
- 前記ポリマーブレンドは、最大引張強度がPFAの純粋組成物より大きい、請求項14に記載のポリマーブレンド。
- 前記ポリマーブレンドは、100~200℃における熱膨張率がPFAの純粋組成物より低い、請求項14に記載のポリマーブレンド。
- 前記ポリマーブレンドは、破断伸び(%)が少なくとも15%である、請求項14に記載のポリマーブレンド。
- フルオロポリマー、液晶ポリマー、及び反応性ポリマー相容化剤コポリマーを含むポリマーブレンドであって、
前記反応性ポリマー相容化剤コポリマーは、官能基化フルオロポリマー、結合分子、及び少なくとも1種のLCPモノマーの反応で生成される、
ポリマーブレンド。
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